EtherCAT數(shù)控系統(tǒng)xin

1、.基于開放式EtherCAT總線的PC數(shù)控系統(tǒng)朱鴻巍 19920111152814摘要：本文總體介紹了基于開放式EtherCAT總線的PC數(shù)控系統(tǒng)的性能特點(diǎn)及其運(yùn)用情況，對市場上各種不同數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了對比，并對基于開放式EtherCAT總線的PC數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展前景進(jìn)行了分析。1基于開放式EtherCAT總線的PC數(shù)控系統(tǒng)的介紹1.1EtherCAT 總線技術(shù)特點(diǎn)EtherCAT 是開放的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，最初由德國倍福自動化有限公司(Beckhoff Automation GmbH) 研發(fā)。EtherCAT為系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能和拓?fù)涞撵`活性樹立了新的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，它還符合甚至降低了現(xiàn)場總線的使用

2、成本。EtherCAT建立了新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)30 µs內(nèi)可以更新1000個(gè)I/O數(shù)據(jù)，并利用以太網(wǎng)和因特網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)垂直優(yōu)化集成。使用 EtherCAT，可以用簡單的線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)替代昂貴的星型以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無需昂貴的基礎(chǔ)組件。EtherCAT還可以使用傳統(tǒng)的交換機(jī)連接方式，以集成其它的以太網(wǎng)設(shè)備。其它的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)方案需要與控制器進(jìn)行特殊連接，而EtherCAT只需要價(jià)格低廉的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)卡(NIC) 便可實(shí)現(xiàn)。EtherCAT擁有多種機(jī)制，支持主站到從站、從站到從站以及主站到主站之間的通訊,從站的輸入數(shù)據(jù)插入到同一數(shù)據(jù)幀的相關(guān)報(bào)文中 當(dāng)該數(shù)據(jù)幀經(jīng)過所有從站并完成數(shù)據(jù)交換后，由EtherCA

3、T 系統(tǒng)的末端從站將數(shù)據(jù)幀返回如圖所示，整個(gè)過程中，報(bào)文只有幾納秒的時(shí)間延遲發(fā)送和接受的以太幀壓縮了大量的設(shè)備數(shù)據(jù) 可用數(shù)據(jù)率達(dá) 90%以上。它實(shí)現(xiàn)了安全功能，采用技術(shù)可行且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法，使以太網(wǎng)技術(shù)可以向下延伸至I/O級。1.2EtherCAT總線的PC數(shù)控系統(tǒng)目前，采用以太網(wǎng)化現(xiàn)場總線的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)大量應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場，基于開放式EtherCAT總線的PC數(shù)控系統(tǒng)具有很好的通訊性能，接線簡單，協(xié)議開發(fā)性好，I/O響應(yīng)速度快，等優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)前的主流的數(shù)控系統(tǒng)除了采用以太網(wǎng)化的現(xiàn)場總線，一般還混合采用多種總線，根據(jù)不同層次的需要使用不同的總線，EtherCAT總線目前主要用于伺服部分。由于各種原

4、因，EtherCAT總線還沒有實(shí)現(xiàn)“一網(wǎng)到底”，典型的系統(tǒng)如： 西門子SIEMENS 840Di,采用工業(yè)以太網(wǎng)和工廠以太網(wǎng)相連接，采用profinet 連接現(xiàn)場控制設(shè)備，采用profibus 連接數(shù)控系統(tǒng)i/o、mcp、hmi 等，采用driver CLiQ 連接驅(qū)動和電機(jī)單元。FANUC CNC 單元與伺服放大器之間的信號傳輸采用 FANUC 串行伺服總線 FSSB 和高速HSSB，I/O 接口采用Fanuc I/O Link 或Profibus。其高檔的30i/31i/32i 系列還可選擇FL-net、PROFIBUS-DP、DeviceNet、I/O Link-II 等。2基于開放式E

5、therCAT總線的PC數(shù)控系統(tǒng)與目前數(shù)控系統(tǒng)的對比2.1基于開放式EtherCAT總線的PC數(shù)控系統(tǒng) 國內(nèi)已有華中數(shù)控?cái)?shù)、浙大中控、大連光洋、沈陽高精、廣州數(shù)控等都對基于以太網(wǎng)的現(xiàn)場總線技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了研發(fā)。且都是采用基于以太網(wǎng)物理層的技術(shù)路線。 華中數(shù)控在星形和環(huán)形網(wǎng)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上都進(jìn)行了探索性的研究，并與浙大中控合作進(jìn)行了基于EPA 的下一代數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究。華中世紀(jì)星HNC-210數(shù)控裝置中伺服部分，廣州數(shù)控 GSK 983M-S/V 加工中心數(shù)控系統(tǒng)伺服指令接口使用EtherCAT，廣州數(shù)控采用EtherCAT的GSK 983M-S/V 性能及其參數(shù)如下：EMI抑制：變壓器

6、隔離，節(jié)點(diǎn)間距離：100M，最小周期125250us，帶寬2×100M，傳送方式：全雙工，抖動：1us。它的一些其他性能參數(shù)如下：存儲空間： 3000KB、192個(gè)零件程序16位CPU，刷新速度不太快，快移/進(jìn)給速度： 7600mm/min 30000mm/min（選配），直線7600mm/min，宏功能相對比較完善，32工位刀架，32組刀補(bǔ)，PLC功能內(nèi)置，可實(shí)現(xiàn)各種自動刀架、主軸自動換檔等控制，梯形圖可編輯、上傳、下載，I/O口可擴(kuò)展，41/42（帶擴(kuò)展16/16）。2.2各類型數(shù)控系統(tǒng)對比西門子系統(tǒng)（高端）結(jié)構(gòu)特點(diǎn):數(shù)控裝置采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)濟(jì)

7、性好，在一種標(biāo)準(zhǔn)硬件上，配置多種軟件，使它具有多種工藝類型，滿足各種機(jī)床的需要，并成為系列產(chǎn)品。采用SIMATICS系列可編程控制器或集成式可編程控制器，用SYEP編程語言，具有豐富的人機(jī)對話功能，具有多種語言的顯示。開放性:好性價(jià)比：性能較好，價(jià)格較貴，性價(jià)比一般可維護(hù)性：有完善的維護(hù)體系，但維護(hù)成本較高市場認(rèn)知度：良好的市場認(rèn)知度，享譽(yù)全球的品牌力量廣州數(shù)控（中端）結(jié)構(gòu)特點(diǎn):廣州數(shù)控各種系統(tǒng)的型號面板，操作界面，電氣連接設(shè)計(jì)理念一脈相承，操作方便。開放性:一般性價(jià)比：性能能滿足需要，價(jià)格適中，性價(jià)比好可維護(hù)性：國內(nèi)產(chǎn)品，維護(hù)方便，價(jià)格適中市場認(rèn)知度：國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)第一品牌，在國內(nèi)的知名度大凱

8、恩帝系統(tǒng)（低端）結(jié)構(gòu)特點(diǎn):FANUC為模仿對象，不斷在技術(shù)上取得進(jìn)步和突破。在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)普及型系統(tǒng)中，是功能強(qiáng)大和穩(wěn)定的系統(tǒng)。配套成熟，手輪，急停等功能按鍵都有做標(biāo)準(zhǔn)的。開放性:一般性價(jià)比：在性能能滿足需要的情況下，價(jià)格較便宜，性價(jià)比較高可維護(hù)性：國內(nèi)產(chǎn)品，維護(hù)方便，價(jià)格適中市場認(rèn)知度：在國內(nèi)的認(rèn)知度較大華中數(shù)控華中世紀(jì)星HNC-210（部分應(yīng)用EtherCAT總線）結(jié)構(gòu)特點(diǎn):系統(tǒng)采用基于通用32位工業(yè)控制機(jī)和開放式體系結(jié)構(gòu)，可充分利用PC的軟硬件資源，二次開發(fā)容易，數(shù)控裝置中伺服部分運(yùn)用易于EtherCAT總線系統(tǒng)維護(hù)和更新?lián)Q代、可靠性好。  開放性:好性價(jià)比：性能能滿足需要，價(jià)格較便宜，性價(jià)比較高可維護(hù)性：國內(nèi)產(chǎn)品，維護(hù)方便，價(jià)格適中市場認(rèn)知度：華中數(shù)控力推產(chǎn)品，市場前景好3基于開放式EtherCAT總線的PC數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展前景基于開放式EtherCAT總線的PC數(shù)控系統(tǒng)擁有很好的通信性能，接線簡單，協(xié)議開放性好，I/O響應(yīng)速度快，系統(tǒng)軟硬件集成度高，并且系統(tǒng)能解決伺服運(yùn)動控制系統(tǒng)中高密度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸問題，能提高多電機(jī)伺服系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信性能，具有很好的應(yīng)用前景。EtherCAT總線性價(jià)比高，EtherCAT比目前市場上常用的PROFINET更便宜，卻要快50倍.EtherCAT功能優(yōu)越，可以完全兼容以